第十四章 内能的利用 全章复习巩固练习 2021-2022学年人教版九年级物理全一册（有解析）

第十四章 内能的利用 全章复习巩固练习
1．下列有关热机的说法中不正确的是 (　　)
A.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化为机械能的过程
B.为了防止热机过热,通常用水来降温,是利用水的比热容较大的特性
C.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率
D.热机的大量使用会造成环境污染
2．为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施不能提高热机效率的是 (　　)
A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧更完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D.尽量增加热机的工作时间
3．下列关于热值和热机效率的说法,正确的是 (　　)
A.使燃料燃烧更充分,可以增大燃料的热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.柴油机的热机效率通常为100%
D.燃料燃烧释放的热量越多,其热值越大
4．将热水倒进玻璃杯中,玻璃杯会变热,下列说法正确的是 (　　)
A.水将温度传给了玻璃杯
B.水含有的热量减少
C.玻璃杯增加的内能大于水减少的内能
D.能的总量保持不变
5．下列说法中不正确的是 (　　)
A.风力发电机可以将机械能转化为电能
B.太阳能电池可以将太阳能转化为电能
C.电暖器正常工作时,主要将电能转化为机械能
D.电风扇正常工作时,主要将电能转化为机械能
6．下列机械设备的动力装置不是利用热机的是 (　　)
A.我国长征系列运载火箭的发动机
B.我国歼 20战机的喷气式发动机
C.我国高铁车头采用的电力机车
D.我国055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机
7．甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量关系的图象如图所示,下列分析正确的是 (　　)
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.使用甲燃料的热机做的有用功一定更多
C.完全燃烧相同质量的两种燃料,甲放出的热量更多
D.使用甲燃料的热机效率一定高,但是热机效率肯定小于100%
8．热机的效率是热机性能的一个重要指标,下列关于热机效率的叙述中正确的是 (　　)
A.在设计和制造上,只要不断改进和革新,以减少各种能量损失,就有可能使热机的效率达到100%
B.两辆型号相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油量小的那辆车效率高
C.使用热值大的燃料可以提高热机的效率
D.发动机的功率越大,其效率越高
9．关于能量的转化和守恒,下列说法中正确的是 (　　)
A.风力发电机发电时,将电能转化为机械能
B.电热水器给水加热时,效率可以达到100%
C.在酒精燃烧放热的过程中,内能转化为化学能
D.植物吸收太阳光进行光合作用,将光能转化为化学能
10．西昌卫星发射中心用“长征三号”运载火箭,于2019年4月20日将第44颗北斗导航卫星成功送上太空。下列说法中正确的是 (　　)
A.火箭升空过程中,将机械能转化为内能
B.燃料燃烧时将内能转化为化学能
C.火箭使用液态氢燃料,主要是利用了液态氢的比热容较大
D.火箭使用液态氢燃料,主要是利用了液态氢的热值较大
11．食物也是一种“燃料”,其营养成分在人体细胞里与氧结合,提供细胞组织所需的能量,这种过程没有火焰,但　　　　能同样可以转化为　　　　能,因此人的体温保持在37 ℃左右。一盒标有“能量:328 kJ/100 mL”的牛奶,其中“能量”的含义跟　　　　(选填“内能”“热量”或“热值”)相似。
12．内燃机的问世极大改善了人类的交通运输方式,但同时也带来许多环境污染问题,如四冲程内燃机工作时就因　　　　冲程排放的废气对大气造成污染。
13．炮弹从炮管中发射出去的过程中,弹药燃烧是　　　　能转化为　　　　能;燃烧后的气体推动炮弹是　　　　能转化为　　　　能;炮弹与炮管之间摩擦生热是　　　　能转化为　　　　能。
14．如图所示,图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图,图E、F是演示实验的示意图,图C是　　　　冲程,与它原理相同的是如图　　　　所示的演示实验。汽油机的工作示意图中机械能转化为内能的冲程是图　　　　。(后两空均选填字母代号)
15．如图所示是单缸四冲程汽油机两个冲程的示意图,其中图　　中的冲程为汽车提供了动力。汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是　　　　　(选填“空气”或“汽油和空气的混合物”)。
16．如图甲所示,试管里装有25 g初温为70 ℃的水,用酒精灯将试管里的水加热至90 ℃时,若不计热量损失,则至少需要消耗酒精　　　　g。当水沸腾后,水蒸气把橡胶塞冲出去,这个过程中发生的能量转化形式与四冲程汽油机的工作冲程图　　　　(选填“乙”或“丙”)所示的冲程相同。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值是3×107 J/kg]
17．阅读短文,回答问题。
四缸汽油机
通常汽车发动机依靠燃料在汽缸内燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功,从而对外输出有用功。汽缸是汽油机的核心部件,活塞在汽缸内往复运动,吸气、压缩、做功和排气四个冲程不断循环进行,活塞往复运动过程中,其在汽缸内所封闭空间的体积会不断发生变化。汽缸工作容积指活塞上表面从上止点到下止点所扫过的容积,该容积又称单缸排量,如图甲所示,它的大小取决于活塞的横截面积S和活塞从上止点运动到下止点的距离l(即冲程长)。排量通常用升(L)或毫升(mL)来度量。
一般来讲,汽车的排量可以反映发动机(汽油机)输出功率的大小,所以增加汽缸数量或者增加每个汽缸的单缸排量可以提高发动机的输出功率。因而实际的汽车发动机都有多个汽缸,比如常见的四缸、六缸和八缸发动机。多缸发动机中每个汽缸的排量都相同,每个汽缸的排量之和就是汽车发动机的排量,常见的家用小汽车发动机的排量一般为0.8~2.8 L。
如图乙所示为四缸发动机结构原理图:发动机通过连杆把四个汽缸的活塞连在同一根曲轴上,并使各汽缸的做功冲程的时间相互错开,在曲轴转动的每半周内,都有一个汽缸处在做功冲程,其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程。这样既能保证发动机有足够的输出功率,还能让发动机的动力连续平稳输出,减小发动机工作时带来的振动,从而提高乘坐汽车的舒适性。
此外,对于排量已经固定的发动机,也可以通过增加发动机的转动速度,即增加活塞的往复运动速度,以便在相同时间内增加汽缸的做功次数,从而提高发动机的输出功率。以一辆采用四缸汽油发动机的家用小汽车为例,其发动机的排量为2.0 L(即该发动机中四个汽缸工作容积的总和),发动机的转速表示每分钟曲轴所转的周数,用n表示,其单位为 r/min(转每分钟)。通过测量得到了这种汽车的输出功率与转速的关系如图所示,可见在允许范围内,发动机转速增加时,输出功率也增加了。
(1)该家用小汽车发动机的单缸排量(工作容积)V=　　　　L。
(2)由图可知,该家用小汽车发动机的转速在1000~5000 r/min范围内时,其输出功率与转速大致成　　　　(选填“正”或“反”)比。
(3)该家用小汽车发动机的曲轴每转动一周,其四缸发动机的汽缸会有　　　　个做功冲程,在做功冲程中将　　　　能转化成了机械能。
18．目前,国家正在推广乙醇汽油作为汽车的燃料,它是由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇,与汽油按一定比例混配形成的。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料,可以有效改善油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放,是目前世界上可再生能源的发展重点。
(1)根据题目提供的信息,说明用乙醇汽油的好处。
(2)乙醇汽油与汽油相比,谁的热值高呢 请你设计一个实验来比较它们的热值,要求写出实验方法。(实验所需的器材,如安全燃烧汽油的装置等,都可由实验室提供)
19．如图所示,甲、乙、丙三个实验装置完全相同,燃料的质量都为10 g,烧杯内液体的质量都相同。
(1)比较不同燃料的热值应选择　　　　两个装置,比较不同物质的比热容应选择　　　　两个装置,选择的理由是物理学中研究问题时常用到的一种方法:　　　　　　法。
(2)在“比较不同燃料的热值”的实验中,通过观察温度计　　　　　　　　比较燃料燃烧放出热量的多少,这种研究问题的方法叫做　　　　法。
(3)若图甲装置中的液体为水,燃料为酒精,已知烧杯内水的质量为500 g,10 g酒精完全燃烧使温度计的示数升高了20 ℃,则水吸收的热量是　　　　J,如果认为酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,则酒精的热值是　　　　J/kg,算出的热值比标准值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]
20．“减少污染排放,还我一片蓝天”是每一个公民的责任。为了“节能减排”,绿色能源(天然气被称为绿色能源)公交车已经投入运营,请通过下表中性能指标的比较计算说明:
公交车发动机 热机效率 热值 价格
天然气发动机 η2=45% q2=2.3×107 J/m3 4.5元/m3
汽油发动机 η1=30% q1=4.6×107 J/kg 9.0元/kg
(1)天然气公交车完全燃烧2 m3天然气所做的有用功。
(2)做同样多的有用功,汽油公交车需要完全燃烧多少千克汽油。
(3)若某公交汽车每天消耗100 m3的天然气,与用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少。
21．太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备,热水器平均每小时接收4.2×106 J的太阳能,在5 h的有效照射时间内,将热水器中质量为100 kg、初温为20 ℃的水温度升高到40 ℃。求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)热水器中的水吸收的热量Q。
(2)热水器5 h内接收到的太阳能E。
(3)热水器的效率η。
(4)若改用煤来加热这些水,需要完全燃烧多少千克煤。(煤的热值q为2.9×107 J/kg,假设煤完全燃烧放出的热量全部被水吸收,结果保留一位小数)
参考答案
1．C
2．D
3．B　
解析： 热值是燃料的一种特性,与燃烧情况无关,故A错误;
使燃料燃烧更充分,可以增大有效利用的能量,提高热机的效率,故B正确;
任何机器做功时都不可避免地做额外功,效率不可能达到100%,故C错误;
热值是燃料的一种特性,与放出热量的多少无关,故D错误。
4．D　
解析： 温度是指物体的冷热程度,温度不能传递;将热水倒进玻璃杯中,玻璃杯会变热,是水将热量传给玻璃杯,故A错误。热量是一过程量,只能用“吸收”或“放出”描述,不能用“含有”描述,故B错误。将热水倒进玻璃杯中,温度高的热水放出热量,温度低的玻璃杯吸收热量,水的内能减少,玻璃杯的内能增大;此过程中,热水放出的热量会有一部分被空气吸收,玻璃杯不能完全吸收热水放出的热量,所以玻璃杯增加的内能小于水减少的内能,故C错误。根据能量守恒定律可知,某种形式的能量减少,一定有其他形式的能量增加,能的总量保持不变,故D正确。
5．C
6．C　
解析： 我国长征系列运载火箭的发动机是热机,以液态氢为燃料,以液态氧做助燃剂,故A不符合题意;我国歼 20战机的喷气式发动机是通过燃烧燃料将内能转化为机械能,是利用热机的机械,故B不符合题意;我国高铁车头采用的电力机车,工作时将电能转化为机械能,是电动机,不是热机,故C符合题意;我国055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机,工作时将燃气的内能转化为机械能,是利用热机的机械,故D不符合题意。
7．C　
解析： 由图可知,质量相同时,Q甲>Q乙,根据q=可知,q甲>q乙,即甲燃料的热值大于乙燃料的热值,故A错误;甲燃料的热值大,由Q放=mq可知,完全燃烧相同质量的甲燃料和乙燃料,甲放出的热量多,但使用甲燃料的热机做的有用功不一定多;使用甲燃料的热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比不一定大,使用甲燃料的热机效率不一定高(热机效率一定小于100%),故B、D错误,C正确。
8．B
9．D　
解析： 风力发电机发电时,将风的机械能转化为电能,故A错误;电热水器给水加热时,一定存在能量损失,其效率不可能达到100%,故B错误;酒精燃烧时,消耗化学能,产生内能,是将化学能转化为内能,故C错误;植物吸收太阳光进行光合作用,将光能转化为化学能,故D正确。
10．D　
解析： 火箭升空过程中,燃料燃烧释放出的内能转化为火箭的机械能,故A错误;
燃料燃烧时将化学能转化为内能,故B错误;
发射火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的液态氢时,可以释放出更多的热量,故C错误,D正确。
11．化学　内　热值
解析： 食物提供人体细胞组织所需的能量时发生的是化学变化,消耗了化学能,得到内能,使人体保持恒温。一盒牛奶标有“能量:328 kJ/100 mL”,表示完全吸收100 mL该种牛奶可以获得328 kJ的热量,所以其中“能量”的含义与热值相似。
12．排气
13．化学　内　内　机械　机械　内　
14．做功　F　B
解析： 图C中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能。图E,用力将活塞压下,活塞对空气做功,将机械能转化为内能;图F,对试管中的水加热,产生的水蒸气对木塞做功,将内能转化为机械能,因此与做功冲程原理相同的是图F所示的实验。汽油机工作时,将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程,即图B。
15．乙　汽油和空气的混合物
解析： 由图可知,图甲中两个气门都关闭,活塞上行,为压缩冲程;图乙中,两个气门都关闭,活塞下行,为做功冲程。为汽车提供动力的冲程是做功冲程;在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物。
16．0.07　丙　
解析： 将25 g初温为70 ℃的水加热至90 ℃时,水吸收的热量为Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.025 kg×(90 ℃-70 ℃)=2.1×103 J;若不计热量损失,Q吸=Q放,则由热量公式Q放=mq可得,m酒精===7×10-5 kg=0.07 g;当水沸腾后,水蒸气把橡胶塞冲出去,这个过程中水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能,此过程与汽油机的做功冲程类似,图丙中进气门和排气门都关闭活塞向下运动为做功冲程。
17．(1)0.5　(2)正　(3)2　内　
解析：(1)该小汽车发动机的排量为2.0L,即该发动机中四个汽缸工作容积的总和为2.0L,则单缸排量为=0.5L。
(2)由这种汽车的输出功率与转速的关系图象可以看出:发动机的转速在1000~5000r/min范围内时,它的输出功率与转速大致成正比。
(3)发动机在曲轴转动的每半周内,都有一个汽缸处在做功冲程,其他三个汽缸分别处在吸气、压缩和排气冲程,则发动机的曲轴每转动一周有两个做功冲程;在做功冲程中,燃料燃烧产生的内能转化为机械能。
18．(1)好处:①乙醇汽油是清洁能源,可以有效改善油品的性能和质量,降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放。
(2)实验方法:①取相同的两只烧杯分别装入质量和初温都相等的水。
②取相等质量的乙醇汽油和普通汽油(适量)分别放入安全燃烧的装置内,给两只烧杯分别加热。
③待乙醇汽油与普通汽油完全燃烧后(水不沸腾),用温度计分别测出两烧杯中水的温度。
④温度高的烧杯内的水吸收的热量多,说明该安全燃烧装置内燃料的热值大。
19．(1)乙、丙　甲、乙　控制变量 (2)示数的变化　转换
(3)4.2×104　4.2×106　偏小
解析： (1)为了比较不同燃料热值的大小要选用不同的燃料,加热相同质量的同一种液体,通过温度计示数的变化比较燃料放出热量的多少,进而判断热值的大小,应选择乙、丙两装置进行实验;为了比较不同物质的比热容,需要燃烧相同的燃料,加热不同的液体,应选择甲、乙两装置进行实验,用到了控制变量法。
(2)燃料完全燃烧放出热量的多少,是通过温度计示数的变化来反映的,这用到了转换法。
(3)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×20 ℃=4.2×104 J;
若酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,即Q放=Q吸=4.2×104 J;
根据Q放=mq可得,酒精的热值:
q酒精===4.2×106 J/kg,
因为加热时有热量的散失以及燃料不能完全燃烧,所以会使得测得的热值偏小。
20．(1)天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Vq2=2 m3×2.3×107 J/m3=4.6×107 J;
根据η=知所做的有用功:W有用=η2Q放=45%×4.6×107 J=2.07×107 J。
(2)做同样多的有用功,燃烧汽油放出的热量:Q放'===6.9×107 J;
需要燃烧汽油的质量:m===1.5 kg。
(3)100 m3天然气完全燃烧放出的热量:Q天然气=V'q2=100 m3×2.3×107 J/m3=2.3×109 J,
天然气发动机做的有用功:W=Q天然气η2=2.3×109 J×45%=1.035×109 J,
做相同的有用功汽油发动机完全燃烧汽油释放的热量:Q汽油===3.45×109 J,
需要汽油的质量:m'===75 kg;
使用天然气比使用汽油节约的成本:9元/kg×75 kg-4.5元/m3×100 m3=225元。
21．(1)热水器中的水吸收的热量:
Q=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(40℃-20℃)=8.4×106J。
(2)热水器5h内接收到的太阳能:
E=5×4.2×106J=2.1×107J。
(3)热水器的效率:
η=×100%=×100%=40%。
(4)根据热值公式Q=qm,可知需要完全燃烧煤的质量:
m==≈0.3kg。